民用飞机舱内噪声源测试技术研究

【摘 要】随着飞机安全性的提高，飞机舒适性越来越引起人们的关注。其中飞机舱内噪声是影响飞机舒适性的主要因素之一。因此要保证飞机的舒适性，就要降低舱内噪声，保证飞机舱内噪声的量值在一个适当的范围。民用飞机存在多个舱内噪声源，各个噪声源对舱内噪声的贡献量存在差别。本文正是基于降低舱内噪声的目的，研究了民用飞机舱内噪声源的噪声水平测试技术。

【关键词】民用飞机；舱内噪声；测试

【Abstract】As the improvement of aircraft safety， more and more attention are paid on comfort of aircraft. The cabin noise is one of the main issues that impact aircraft comfort. Therefore， It is necessary to decrease the cabin noise level and control cabin noise to be a applicable range. There are many resources of cabin noise， and contribution of these resources are different. The purpose of this article is to find a test method of aircraft cabin noise resources， to decrease cabin noise level.

【Key words】Commercial Aircraft； Cabin Noise； Test

0 引言

随着现代工业的迅速发展，噪声对人们的危害显得越来越突出，人们对噪声危害的认识也从研究噪声对听力的危害扩展到研究噪声对身体的其它地方的影响。噪声对人体的影响是多方面的。除了引起耳聋外，噪声对心血管系统、神经系统、内分泌系统等也有明显的影响[1]。飞机噪声是由来自机体外部的发动机噪声、飞机附面层空气湍流造成的空气动力噪声和来自舱内的空调系统噪声组成，其中，空调系统的主要噪声源部件是风机、制冷组件、喷管等[2]。

空调系统噪声源通常有部件辐射噪音、通过冲压风扇腔管道传播的部件噪音、在活门内产生的气流噪音、部件自身振动传到飞机结构的噪音，以及空气分配系统在入口、排气口、转弯处产生的噪声。

人员活动区域总的声学设计应该是飞行过程中空调系统产生的噪声被各个波段的发动机和气动噪声综合噪声覆盖掉。其它运行模式下，当空调系统是人员活动区域主要噪声源时，声音应该是没有可听纯音的平滑和谐的噪声频谱。这些条件下的噪声水平应该允许机组人员在座位上能够轻松的通话，以及靠窗坐的乘客和站在过道上的服务员之间能轻松地进行通话[3]。

如上所述，如何测量民用飞机的舱内噪声水平，确定不同舱段的舱内噪声源，为降低舱内噪声水平提供参考，在民用飞机设计中显得愈发重要。

1 民用飞机的主要噪声源

民用飞机的主要噪声源有辅助动力装置APU、发动机、外部气动噪声、空调系统、起落架等。正常工况下，飞机的舱内噪声主要来自APU、发动机、外部气动和空调系统。

APU的作用是在地面停机状态为环控系统提供高温高压气源，为飞机其它系统的运行提供动力源，同时，APU为飞机在飞机飞行状态中，发动机短暂停车时，提供辅助动力。

在过去，飞机舱内的噪声水平主要由发动机和外部气流决定。随着噪声的显著降低，高涵道比发动机的引入，以及气动噪声控制措施的不断改进，客舱内部已经变得非常安静。在这种安静的背景下，空调系统噪声就更加明显，可能会成为主要的舱内噪声源。因此，对于设计者来说，重视空调噪声的产生和控制，并找到适当的降低和控制噪声的方法，就显得尤为重要[4]。

2 民用飞机环控系统

民用飞机环控系统的功能主要是将飞机舱内的压力、温度、湿度、气流速度和洁净度保持在允许范围或规定的值内，为飞机内乘客、机组人员提供舒适的舱室环境，并保证设备可靠工作。民用飞机环控系统主要由引气系统、空调系统、压力调节系统组成。引气系统将来自发动机或APU的高温高压气体通过引气管路输送到空调系统的空调组件。集成在空调组件内的压气机、涡轮、冷凝器等设备将这些高温高压气体处理后，调节为温度和压力适中的新鲜空调空气，新鲜空调空气与舱内的再循环空气混合后，再经配平系统的温度调节后，由空气分配管道分配至各个飞机舱室。最后，民用飞机舱内的空气经由压力调节系统的流量调节活门排出机体外。

根据工况的不同，空调系统从不同的气源系统引气。地面状态下，机组人员可以选择APU（辅助动力装置）或发动机引气，不同的气源系统可能对空调系统舱内噪声产生影响。

3 测量系统和测量点

由于发动机、APU和空调系统等噪声源的布局构型的不同会直接影响到飞机舱内噪声水平的高低，因此，民用飞机不同的舱段噪声水平也会有较大差别。本文以某尾吊发动机民机型号作为舱内噪声测试对象，测试地面状态下不同系统对舱内噪声的贡献量，为有效地测得不同舱段的舱内噪声水平，在驾驶舱和客舱内的不同布置了测量点，测量点的位置与驾驶员、乘务员和乘客坐姿的耳朵同一高度，如表 1和图 3所示。

4 数据分析与对比

为准确测量各个舱内噪声源对飞机舱内噪声的贡献量，测试各个系统在地面状态下运行时的舱内噪声水平，将测试构型分为：APU单独运行、发动机单独运行、APU引气空调系统运行、发动机引气空调系统运行。各个运行状态下测得的舱内噪声水平数据如图 4、图 5、图6、图 7所示，四种运行状态的舱内噪声水平对比如图 8所示。

由图 4、图 5、图 6、图 7和图 8可知，三个舱内主要噪声源存在下列特征：

a）APU单独运行时，舱内噪声水平较低；

b）APU引气状态下，空调打开后，各个位置的舱内噪声水平增加明显，即空调系统是地面APU引气状态下的主要舱内噪声源；

c）发动机工作状态下，空调系统打开后，客舱后部、后乘务员、后盥洗室噪声水平几乎没有变化，即发动机打开后，座舱后部区域（客舱后部、后乘务员、后盥洗室），空调系统不是主要的舱内噪声源；

d）引气构型不同，空调系统舱内噪声水平也不同。相比发动机引气状态，APU引气时的空调系统对驾驶舱的舱内噪声水平贡献量更大，对客舱后部、后乘务员休息区、后盥洗室的噪声贡献量相对较小。

5 结论

APU对舱内各个舱段的噪声的贡献量相比空调系统和发动机小，不是舱内噪声的主要声源。相比APU和发动机，空调系统是驾驶舱的主要噪声源。尾吊发动机的民用飞机，客舱后部和后盥洗室的舱内噪声水平相对其它舱段较高。噪声水平较高的客舱后部区域和后盥洗室，主要的噪声贡献来自发动机，空调系统的开关对该区域的噪声水平影响不明显。因此，地面状态下，发动机打开后，发动机和空调系统是民用飞机的主要舱内噪声源。但对于不同的舱段，二者的主次关系存在差别。距离发动机较远的驾驶舱，空调系统是地面状态的主要噪声源，距离发动机较近的客舱后部、后乘务员休息区、后盥洗室，发动机是地面状态的的主要噪声源。

6 下一步研究工作

由于民用飞机舱内噪声控制是一项复杂的工作，而本文只是对民用飞机舱内噪声源测试技术进行了研究，还需进一步确定各个子系统的发声部件，并根据发声部件的声学特性，找到合理的降噪隔振方案，降低民用飞机舱内噪声。

【参考文献】

[1]吴九江.噪声分析与控制[M].西安：西安交通大学出版社，2011：4.

[2]寿荣中，何慧珊.飞行器环境控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004：35.

[3]SAE Air Conditioning Systems For Subsonic Airplanes[Z]. ARP85 Revision E， 2002，06.

[4]SAE Acoustical Considerations for Aircraft Environmental Control System Design[Z]. AIR1826， 2004， 06.